Wieviel Gewicht kann man mit alternativen Werkstoffen und Fertigungsverfahren in einem Schnellzug einsparen, ohne dabei die Produzierbarkeit zu vernachlässigen? Wie der Triebkopf eines gewichtsoptimierten Schnellzugs aussehen kann, zeigen Voith und das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) in einer Studie auf den Chemnitzer Messetagen vom 14. bis 16. Mai in Halle 1, Stand D8, der Öffentlichkeit.

Von bis zu 20 Prozent Gewichtsersparnis im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugkonzepten geht das Konzeptmodell aus. Ziel der Gewichtsreduktion ist es, den Energiebedarf, der nötig ist, um einen Zug zu betreiben, möglichst gering zu halten.

 „Wir arbeiten seit Jahren mit unseren Kunden aus der Automobil- und Schienenfahrzeugindustrie an Lösungen um Komponenten und Fahrzeuge leichter und damit effizienter zu gestalten“, berichtet Jens Pohl, CEO von Voith Engineering Services. „Mit diesem Projekt hatten wir die seltene Möglichkeit, in Vorleistung zu gehen und gemeinsam mit den Projektpartnern an alternativen Konzepten eines leichten Schnellzuges zu arbeiten.“

Das Innovations- und Forschungsprojekt wurde im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und mit Mitteln des Freistaats Sachsen gefördert.

Dabei war es den Voith-Ingenieuren wichtig, die komplette Prozesskette von Design über Konstruktion und Berechnung bis hin zu den Fertigungsprozessen zu untersuchen. Die Riege der Projektpartner wird komplettiert durch MFPA Leipzig, zuständig für die Materialcharakterisierung, sowie KUKA Systems, die das Knowhow zur Umformtechnologien und dem entsprechenden Werkzeugbau eingebracht haben.

Bei der Materialauswahl haben die Projektpartner die Fertigungsvorteile von Glasfaser und Aluschaum kombiniert. Die vordere Bugnase des insgesamt 6,80 Meter langen Modells ist aus GFK gefertigt, einem Material, das bereits heute häufig zum Einsatz kommt. Bei dem eigentlichen Triebkopf sind die Entwickler neue Wege gegangen: Hier wurde mit Aluminiumschaum in Sandwichbauweise gearbeitet. Dieses Verfahren bringt neben Gewichtsvorteilen die nötigen Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit oder Temperaturbeständigkeit mit sich.

„Hierbei haben wir vor allem auf die Wünsche unserer asiatischen Kunden aus China und Taiwan reagiert. Diese fordern einfache Lösungen, die später in der Produktion nicht für hohe Kosten und schwer beherrschbare Prozesse sorgen“, erklärt Frank Salzwedel, zuständig für die Schienenfahrzeugentwicklung bei Voith Engineering Services.

Die Experten des Fraunhofer-Institut IWU waren innerhalb des Projektes zuständig für die Technologie und Werkzeugentwicklung des Schäumens. „Wir haben uns für Aluminiumschaum als Werkstoff entschieden, weil wir mit der speziellen Sandwichstruktur des Materials eine Gewichtseinsparung von 20 Prozent gegenüber der konventionellen Fertigung aus GFK oder Aluminium erzielen – bei gleicher Steifigkeit“, erklärt Dr. Thomas Hipke, Abteilungsleiter Funktionsintegrierter Leichtbau am Fraunhofer IWU. Eine besondere Herausforderung lag in der Entwicklung einer geeigneten Technologie für die Formgebung. Bisher war es nicht möglich, das Material wirtschaftlich und den Anforderungen der Zielbranche entsprechend umzuformen. Die Lösung: Die Wissenschaftler haben sich gegen das konventionelle Tiefziehen entschieden und setzten stattdessen Prägewerkzeuge ein. Die finale Endkontur wird erst im Schäumprozess eingestellt. „Im Resultat haben wir nicht nur ein wirtschaftliches Verfahren für die Formgebung des Aluminiumschaums entwickelt“, ergänzt Dr. Hipke. „Zusätzlich sparen wir noch circa 60 Prozent Werkzeugkosten ein.“

Auf den Chemnitzer Messetagen wird das 1:1 Modell des Schnellzuges als Projektzwischenstand ausgestellt. Voith präsentiert zusätzlich die Entwicklungs-, Schulungs- und Instandhaltungslösungen am Stand G3 in Halle 1.

Über Voith Engineering Services:

Voith Engineering Services agiert als Engineering-Partner für Kunden aus den Bereichen Rail, Automotive und Aerospace. Je nach Kundenwunsch bedient das Unternehmen den gesamten Produktentstehungsprozess vom Design und Prototypenbau über die Serienentwicklung bis hin zur Produktionsplanung und -steuerung. Trends setzt es im Bereich Leichtbau, im Einsatz neuer Materialien und in der Produktionsoptimierung. Der Engineering-Dienstleister zählt zu den Marktführern in der Entwicklung von Schienenfahrzeugen.

Über das Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU:

Seit mehr als 20 Jahren betreibt das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU erfolgreich anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Produktionstechnik für den Automobil- und Maschinenbau. Als Leitinstitut für ressourceneffiziente Produktion werden gemeinsam mit Partnern aus der Industrie und Wissenschaft Lösungen zur Verbesserung der Energie- und Materialeffizienz erarbeitet. Mit mehr als 580 hochqualifizierten Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern gehört das Institut weltweit zu den bedeutendsten Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen der Produktionstechnik. Die Forschungskompetenzen an den Standorten Chemnitz, Dresden, Zittau und Augsburg reichen dabei von Werkzeugmaschinen, Umform-, Füge- und Montagetechnik über Präzisionstechnik und Mechatronik bis hin zum Produktionsmanagement sowie der Virtuellen Realität. Leichtbaustrukturen und der Einsatz neuer Werkstoffe sind dabei wesentliche Erfolgsfaktoren.

Kontakt Voith:
Voith Engineering Services
Jörn Hüggelmeier
Am Wallgraben 129
70565 Stuttgart
Tel +49 711 7841 154
joern.hueggelmeier@voith.com

Kontakt Fraunhofer IWU:
Hendrik Schneider
Abteilung Öffentlichkeitsarbeit
Reichenhainer Straße 88
09126 Chemnitz
Tel +49 371 5397 1454
hendrik.schneider@iwu.fraunhofer.de